МИНЕРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ КОСТНОЙ ТКАНИ КАК ФАКТОР
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2019, том 59, № 1, с. 103–112 РАДИОЭКОЛОГИЯ УДК 539.163:611.018.4:612.392.6:57.084 МИНЕРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ КОСТНОЙ ТКАНИ КАК ФАКТОР ДЕПОНИРОВАНИЯ 90Sr: ДАННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТА © 2019 г. В. И. Стариченко* Институт экологии растений и животных УрО РАН, Екатеринбург, Россия * E-mail: starichenko@ipae.uran.ru Поступила в редакцию 11.04.2018 г. Исследование кинетики остеотропных радионуклидов (в частности 90Sr) в зависимости от функци- онального состояния костной ткани связано с существующей угрозой радиационных инцидентов и все большим использованием медицинских радионуклидных препаратов для лечебных и диагно- стических целей. Остеотропные радионуклиды, накапливаясь в скелете и оставаясь в нем на про- должительный срок, являются источниками хронического внутреннего облучения. Величина их инкорпорации (результирующая процессов накопления и выведения) зависит от множества эндо- и экзогенных факторов. Важнейшим эндогенным фактором является минеральная плотность кости (МПК) – одна из основных ее характеристик. В данной работе изучена зависимость величины на- копления 90Sr от МПК после однократного введения радионуклида. Исследование проведено в ла- бораторном эксперименте на половозрелых разновозрастных линейных мышах CBA, развиваю- щихся в стандартных условиях вивария и под влиянием факторов, модифицирующих ростовые процессы в организме. Показана обратная корреляция (r = –0.77, p < 0.0001) между накоплением 90Sr и степенью минерализации скелета. Проведено сравнение с данными, ранее полученными на- ми в природной среде на двух видах мышевидных грызунов, обитающих в зоне Восточно-Уральско- го радиоактивного следа в условиях хронического поступления 90Sr. Ключевые слова: 90Sr, скелет, модифицирующие факторы развития, мыши СВА, минеральная плот- ность кости (МПК) DOI: 10.1134/S0869803119010107 Актуальность проблемы исследования меха- метаболическим характеристикам [7, 8]. Исполь- низмов кинетики остеотропных радионуклидов зование же средних величин для отдельного ин- (90Sr, 224,226,228Ra, 238,239Pu, 241Am и других) и выяв- дивида может привести к существенной ошибке в ление факторов, от которых зависят особенности оценке кинетики радионуклида [3, 9, 10] и соот- их метаболизма, связаны с неснижающейся угро- ветственно дозы внутреннего облучения. Напри- зой радиационных инцидентов и аварий, при ко- мер, индивидуальная изменчивость депонирова- торых радионуклиды поступают в организм боль- ния в ряде случаев приводит к различиям в эф- ших групп населения и сельскохозяйственных фекте внутреннего облучения более чем на животных [1–3], а также с широким применени- порядок величин [11]. ем радиофармпрепаратов для целей диагностики и лечения. Накапливаясь в скелете под слоями Изучение в лабораторных экспериментах по- вновь образующейся кости, остеотропные радио- казало, что кинетика остеотропных веществ в ор- нуклиды задерживаются в нем на длительный ганизме позвоночных зависит от морфофизиоло- срок и становятся источником хронического об- гических факторов (МФФ) самого организма лучения близлежащих тканей и всего организма, [12–14]. МФФ представляют собой функцио- которое может вызвать хроническую лучевую бо- нальную систему, состоящую из морфологиче- лезнь, канцерогенез и уменьшение продолжи- ских структур, физиологических процессов, фи- тельности жизни [3–6]. зико-химических и биохимических реакций, ко- Существование значительных индивидуаль- торые определяют накопление в костной ткани и ных различий кинетики остеотропных радионук- выведение из нее остеотропных веществ. Пара- лидов характерно даже для однородных по полу и метры МФФ закономерно изменяются в процес- возрасту выборок. В частности, в лабораторном се роста и развития организма. Как эндогенные, эксперименте среди интактных животных встре- так и экзогенные влияния на обмен веществ в чаются особи, существенно различающиеся по скелете опосредуются через систему МФФ. 103
104 СТАРИЧЕНКО Минеральная насыщенность (плотность) ко- тием организма, в конкретные задачи исследова- сти (МПК) является одним из МФФ. Молодая ния входила оценка взаимосвязи накопления 90Sr недообызвествленная кость более проницаема и МПК у лабораторных инбредных мышей раз- для радионуклидов, которые затем фиксируются ных возрастов, развитие скелета которых прохо- в минеральной фракции. Влияние минеральной дило на фоне модифицирующих факторов. насыщенности кости на депонирование остео- тропных веществ известно давно [15–18]. Есть указания на пониженную аккумуляцию 90Sr при МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА увеличении степени минерализации скелета жи- Исследование проведено на инбредных мы- вотных из зон, загрязненных радионуклидами шах линии CBA (n = 444), разведенных в виварии [19]. Нами также показана отрицательная корре- ИЭРиЖ УрО РАН. С целью модификации про- ляция этих характеристик у животных, обитаю- цессов роста для некоторых групп использована щих на территории Восточно-Уральского радио- несбалансированная диета (овсяная монодиета) активного следа (ВУРСа), образовавшегося в ре- самок с момента рождения у них потомства. Нами зультате аварии на химкомбинате “Маяк” в ранее показано [14], что овсяная монодиета у ли- 1957 г. [7]. Однако для понимания особенностей нейных мышей, начатая с момента рождения формирования дозовых нагрузок на скелет и це- (вначале – опосредованно – через молоко мате- лостный организм в условиях хронического по- ри), приводит к замедлению ростовых процессов ступления 90Sr требуется более детальное изуче- (в том числе, скелета). Это связано с недостатком ние обнаруженной взаимосвязи. Это связано с пластических веществ, необходимых для есте- тем, что изменение МПК, трансформируя за- ственного развития детенышей. Белки овса дефи- держку 90Sr, оказывает влияние на поглощенную цитны по многим аминокислотам (метионин, ги- тканевую дозу. Такое исследование возможно стидин, триптофан и лизин) [38]. Кроме того, ов- провести в строго контролируемых условиях ла- сяная монодиета снижает всасывание кальция в бораторного эксперимента. кишечнике и увеличивает выведение кальция из Одним из наиболее важных физиологических скелета. Эти недостатки практически полностью факторов, модифицирующих кинетику обмена компенсируются материнским организмом во радионуклидов и биологические эффекты, вы- время беременности, и, в значительно меньшей званные инкорпорированными радионуклидами, степени, во время лактации. Однако при последу- является возраст [4, 12, 20–27 и др.], с которым ющем развитии происходит замедление роста и связано изменение гормонального фона, регули- минерализации скелета детенышей. рующего скорость накопления и выведения кост- Во избежание несовместимого с жизнью и здо- ных минералов. Кроме того, процессы роста ске- ровьем дефицита кальция и витаминов в рацион лета с рождения до взрослого состояния сопро- всех экспериментальных животных включали вождаются повышением уровня минерализации минеральную подкормку кусковым мелом (ad li- скелета (у человека с определенного возраста на- bitum) и свежую зелень (в том числе при содержа- чинается уменьшение), определяющего проч- нии животных на измененной диете). Эти добав- ность костей [17, 18, 28–32], однако необходимо ки, однако, не компенсировали полностью дефи- исследование, позволяющее оценить количе- цит белка и минералов в рационе. ственную связь метаболических и морфофизио- Самки и их потомство сразу после родов были логических параметров скелета индивидов раз- разделены на две группы – “контроль” и “моно- ных возрастов. В литературе исследование дина- диета”. Контрольных (интактных) животных со- мики минеральной плотности костной ткани держали на стандартном рационе вивария, жи- мышевидных грызунов под влиянием возраста вотных группы “монодиета” – на овсяной моно- или экзогенных воздействий представлено недо- диете (в течение всего периода молочного статочно полно [33–37]. вскармливания и до конца эксперимента). В ме- Поскольку кинетика остеотропных радионук- сячном возрасте самки были отсажены от детены- лидов в значительной степени определяется ки- шей. нетикой естественных костных минералов (каль- В возрасте 8 нед части потомства из групп “мо- ций, фосфор), то все факторы, влияющие на ми- нодиета” и “контроль” однократно внутрибрю- неральный обмен млекопитающих (количество шинно был введен 90Sr (3.2 кБк на животное), минералов и белков в диете, изменение гормо- остальным – в 12 нед (животные 1-го и 2-го воз- нального фона и т.п.), будут влиять на кинетику раста соответственно). Использовано индикатор- остеотропных радионуклидов. ное количество радионуклида, которое в 200– Цель работы – изучить влияние эндо- и экзо- 300 раз меньше количества, вызывающего острые генных факторов на индивидуальное накопление токсические эффекты, а дозы облучения, созда- остеотропного 90Sr, связанное с МПК. Поскольку ваемые им, не приводят к нарушению процессов МПК закономерно определяется ростом и разви- жизнедеятельности организма [23, 39, 40]. Через РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ том 59 №1 2019
МИНЕРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ КОСТНОЙ ТКАНИ 105 Таблица 1. Удельная активность 90Sr в костной ткани, массовые показатели животных и коэффициент озоления костей через 3 нед после введения радионуклида (M ± m) Масса 90 Возраст, Коэффициент Sr, Группа Пол n Масса тела, г бедренных нед озоления % от исх/г костей1), г 11 Контроль-1 Самцы 94 18.8 ± 0.1* 0.1031 ± 0.001* 0.29 ± 0.002 27.9 ± 0.7* Самки 72 16.0 ± 0.1 0.0969 ± 0.001 0.30 ± 0.002 31.0 ± 0.8 Среднее 166 17.6 ± 0.2 0.1004 ± 0.001 0.30 ± 0.001 29.2 ± 0.5 по группе Монодиета-1 Самцы 62 11.8 ± 0.3 0.0733 ± 0.001 0.22 ± 0.003 51.2 ± 1.1 Самки 71 11.6 ± 0.2 0.0722 ± 0.001 0.23 ± 0.003 49.3 ± 1.0 Среднее 133 11.7 ± 0.2** 0.0727 ± 0.001** 0.23 ± 0.002** 50.2 ± 0.7** по группе 15 Контроль-2 Самцы 51 22.8 ± 0.3* 0.1206 ± 0.001 0.33 ± 0.002 18.9 ± 0.3* Самки 31 19.8 ± 0.2 0.1178 ± 0.001 0.34 ± 0.003 22.0 ± 0.5 Среднее 82 21.7 ± 0.3 0.1196 ± 0.001 0.33 ± 0.002 20.1 ± 0.3 по группе Монодиета-2 Самцы 19 15.0 ± 0.4* 0.0894 ± 0.002 0.24 ± 0.004 36.5 ± 2.2 Самки 34 13.0 ± 0.4 0.0837 ± 0.002 0.25 ± 0.006 41.3 ± 1.8 Среднее 53 13.7 ± 0.3** 0.0858 ± 0.002** 0.25 ± 0.004** 39.2 ± 1.4** по группе 1) Обе кости. * Различия между самцами и самками значимы на уровне p < 0.05 (по t-критерию Стьюдента). ** Различия между опытной и соответствующей контрольной группой значимы на уровне p < 0.01 (по t-критерию Стьюдента). 3 нед (в возрасте 11 и 15 нед соответственно) жи- эталонов [44]. Для простоты изложения под ак- вотные были подвергнуты эфирной эвтаназии. тивностью 90Sr подразумевали активность, обуслов- Инъекцию 90Sr и эвтаназию животных осуществ- ленную 90Sr + 90Y. ляли под эфирным наркозом [41, 42]. Таким обра- Минеральная плотность костной ткани – это зом, всего было сформировано четыре экспери- количество минералов в расчете на единицу объ- ментальные группы: “контроль”–1 и –2, “моно- ема или площади кости. В наших исследованиях диета”–1 и –2; индексы 1 или 2 указывают на показателем МПК считали коэффициент озоле- возраст животных. ния, т.е. количество минералов (золы) в расчете С целью выявления начального срока форми- на единицу массы сырой кости. рования различий (между контролем и опытом) в Статистическая обработка данных выполнена накоплении 90Sr были сформированы подгруппы, с помощью пакета программ Microsoft Excel 2002 включающие по пять животных из каждой груп- и Statistica 6.0 (StatSoft Inc.). Для описания дан- пы 1-го возраста (“контроль”–1.1 и “монодие- ных использовали среднее значение и стандарт- та”–1.1). Эти животные были подвергнуты эвта- ную ошибку среднего. Значимость различий меж- назии через 1 сут после введения радионуклида. ду выборками оценивали с помощью t-критерия Исследовали накопление 90Sr в бедренной ко- Стьюдента и U-теста Манна–Уитни. Для анализа сти, так как принято считать, что у лабораторных связи между удельной активностью 90Sr и МПК грызунов она репререзентативно отражает про- использовали линейный коэффициент корреля- цессы, протекающие в целостном скелете [12, 43]. ции Пирсона. Статистический вывод осуществ- Костную ткань (в анализ брали обе кости) озоля- ляли на 5% уровне значимости (p < 0.05). ли до постоянной массы при температуре 600 °С в течение 5 ч, затем с помощью мокрого озоления готовили пробы для радиометрии [44]. РЕЗУЛЬТАТЫ Радиометрию проб осуществляли на приборе Массовые характеристики, величина коэффи- бета-счета VAG–120 (VEB RFT Messelektronik, циента озоления и результаты радиометрическо- Германия). Для расчета удельной активности об- го анализа костной ткани экспериментальных разцов (% от введенного на г сырой кости) граду- животных, подвергнутых эвтаназии через 3 нед ировку прибора производили по серии калийных после введения 90Sr, представлены в табл. 1. РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ том 59 №1 2019
106 СТАРИЧЕНКО Коэффициент озоления 90Sr, % от исх/г Коэффициент озоления (k) 0.40 55 0.34 r = 0.8; p < 0.0001 0.36 50 0.32 45 0.32 0.30 40 0.28 0.28 35 0.26 0.24 30 0.24 25 0.20 90Sr 20 0.22 k 0.16 15 0.20 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 1 2 3 4 Группа Масса костей, г Рис. 2. Сравнительное изменение удельной активно- Рис. 1. Величина коэффициента озоления в зависи- сти 90Sr и коэффициента озоления костной ткани у мости от массы костей. Пунктиром обозначены гра- мышей экспериментальных групп: 1, 3 – контроль; 2, ницы 95%-ного доверительного интервала для линии 4 – монодиета (возраст 11 и 15 нед соответственно). регрессии. Показан средний ±95%-ный доверительный интер- вал. Для массовых характеристик и коэффициента озоления четко прослеживается возрастная тен- но и о задержке развития и гормональных сдвигах денция их увеличения: у животных в возрасте в организме опытных животных. 11 нед все они значимо (p < 0.01) меньше тех же показателей 15-недельных животных. Это свиде- Как в контроле, так и в опыте наблюдается тельствует о продолжающемся росте эксперимен- значимое снижение уровня депонирования 90Sr с тальных животных и о повышении минеральной возрастом. При этом аккумуляция 90Sr у живот- плотности их костей. ных опытных групп значимо (p < 0.01) выше. На протяжении всего эксперимента живот- Влияние пола животных на массовые показа- ные, содержавшиеся на овсяной диете, были го- раздо мельче контрольных (без выраженных дис- тели и аккумуляцию 90Sr выявлено не во всех экс- пропорций в размерах тела). Их характеристики периментальных группах. Половой диморфизм значимо ниже соответствующих контрольных. характеристик массы у большинства видов позво- Причем изменения массы тела и бедренных ко- ночных хорошо известен. На метаболические по- стей пропорциональны друг другу, а увеличение казатели половая принадлежность животных зольности костей пропорционально изменению влияет в меньшей степени. Например, для 90Sr их массы (рис. 1). половые различия значимы в обеих контрольных, но отсутствуют в опытных группах. Половые раз- Отметим также различие поведенческих и фи- личия для коэффициента озоления не обнаружены. зиологических реакций животных групп “моно- диета” и “контроль”. Например, у контрольных Сравнение уровня аккумуляции 90Sr и величи- животных уже в возрасте 11 нед наблюдали случаи ны коэффициента озоления, который является спаривания и последующей беременности самок индикатором МПК, представлено на рис. 2. Вид- (родивших и беременных самок выбраковывали но, что величина накопления 90Sr и коэффициент из эксперимента, их число было около 5%) и от- озоления зеркально соотносятся друг с другом. сутствие такового у животных, содержавшихся на Бόльшей величине депонирования 90Sr соответ- овсяной монодиете, как первой, так и второй воз- ствует меньшая степень минеральной насыщен- растной групп. Кроме того, при неполноценном ности кости. рационе питания отсадка самок в месячном воз- расте потомства приводила к гибели части дете- Зависимость депонирования 90Sr от зольности нышей от истощения (около 3–4%), так как они костей представлена на рис. 3. Выявлена отрица- оказались не готовы к переходу на самостоятель- тельная корреляция (r = –0.77, p < 0.0001) между ное питание. Приведенные факты свидетельству- величиной накопления 90Sr и коэффициентом ют не только о нарушении ростовых процессов, озоления. РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ том 59 №1 2019
МИНЕРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ КОСТНОЙ ТКАНИ 107 В табл. 2 представлены исследуемые показате- 90Sr, % от исх/г ли 8-недельных экспериментальных животных 80 через 1 сут после введения 90Sr. Различия между r = –0.77; p < 0.0001 опытной и контрольной группой для всех показа- 70 телей значимы на уровне p < 0.01 (по U-тесту Манна–Уитни). 60 50 ОБСУЖДЕНИЕ 40 Массовые характеристики. Изменение массо- вых показателей в экспериментальных группах 30 совпадает с полученными нами ранее данными: животные, длительное время содержавшиеся на 20 овсяной монодиете, резко отстают от сверстни- ков, развивающихся на фоне стандартной диеты 10 или монодиеты, имевшей место в другие периоды пре- и постнатального развития [14]. Влияние 0 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 0.36 0.40 возраста выражается в росте животных и увеличе- Коэффициент озоления нии массы тела и скелета. Эффект фактора “пол” проявляется в распространенном в природе явле- нии полового диморфизма массовых характери- стик (в частности, массы тела). Рис. 3. Удельная активность 90Sr в зависимости от ко- эффициента озоления кости. Пунктиром обозначены МПК. Увеличение зольности костей животных границы 95%-ного доверительного интервала для ли- всех экспериментальных групп отражает возраст- нии регрессии. ную закономерность. Различия между одновоз- растными группами связаны с использованной диетой. тельное содержание животных на измененных Интерес представляет сравнение 2-й опытной диетах, при которых наблюдается недостаточное группы с 1-м контролем: опытные животные в поступление в организм веществ, необходимых возрасте 15 нед по всем изученным показателям для нормального образования костной ткани, еще не достигли уровня 11 нед контрольных жи- прежде всего кальция, витаминов и белков, что вотных. Например, масса тела – 13.7 ± 0.3 и 17.6 ± тормозит ростовые процессы и изменяет химиче- ± 0.2 г; масса бедренных костей – 0.0858 ± 0.002 и ский состав костей [45–47]. 0.1004 ± 0.001 г; коэффициент озоления – 0.25 ± Накопление 90Sr. Межгрупповые различия в на- 0.004 и 0.30 ± 0.001 соответственно. Эти данные коплении 90Sr связаны с различием возрастов на были расценены нами как несоответствие физио- момент инъекции и воздействием на протяжении логического и хронологического возрастов кост- длительного времени экзогенного фактора – ов- ной ткани животных опытных групп. Т.е. диета, сяной монодиеты. Аккумуляция 90Sr значимо вы- состоящая в течение длительного времени из ов- ше у животных опытных групп, что соответствует са, замедляет не только темп роста тела, но и диф- данным других авторов об изменении поведения ференциацию морфологических структур скелета остеотропных радионуклидов под влиянием эн- и свидетельствует о необходимости учета в фи- до- и экзогенных факторов, например, при изме- зиологических исследованиях всех экзогенных нении диеты и гормонального статуса организма факторов. В литературе имеются указания на (см. обзор [14]). снижение темпов созревания скелета как на не- специфическую реакцию костной системы на Отсутствие половых различий в накоплении 90Sr соответствует давно утвердившемуся в радио- различные патологические состояния или дли- Таблица 2. Удельная активность 90Sr в костной ткани, массовые показатели животных и коэффициент озоления костей через 1 сут после введения радионуклида (M ± m)1 Масса бедренных Коэффициент 90Sr, Группа n Масса тела, г % от исх/г костей, г озоления Контроль-1.1 5 16.2 ± 1.0 0.0852 ± 0.004 0.30 ± 0.007 54.7 ± 3.6 Монодиета-1.1 5 10.7 ± 0.8 0.0586 ± 0.003 0.23 ± 0.003 93.7 ± 7.8 1 Данные через 3 нед после введения 90Sr представлены в табл. 1. РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ том 59 №1 2019
108 СТАРИЧЕНКО биологии мнению об относительно небольшом кости. При этом отношение уровня аккумуляции вкладе половых особенностей в накопление боль- остеотропных радионуклидов, накапливающихся шинства остеотропных радионуклидов [14, 24, в этих структурах, может составлять 1 : 10 или да- 48–50]. Исключение составляют период беремен- же 1 : 20 [16]. С возрастом замедляются рост кости ности и лактации, когда в организме самок про- и связанная с ним перестройка, что приводит к исходят изменения в минеральном обмене [19, 23, увеличению доли старой, полностью минерали- 27, 51, 52], а также период быстрого роста, когда зованной и неактивной костной ткани. Суще- формируется масса скелета. Темп накопления ве- ственное различие в депонировании радионукли- щества и его количество в это время различаются дов в зрелой (старой) и молодой (вновь образую- у самцов и самок за счет полового диморфизма в щейся) костной ткани и ее обусловленность размерах скелета (тела) [27, 52]. степенью минерализиции обсуждаются еще с Связь МПК и накопления 90Sr. За 1 мес. (времен- 60-х годов прошлого века [15–18]. Роль МПК на- ной разрыв между 1-м и 2-м возрастом) коэффи- глядно демонстрирует диффузное отложение циент озоления у всех животных увеличился на остеотропных радионуклидов, в частности 90Sr, в 8–10% (что указывает на соответствующее увели- эмбриональной слабо минерализованной, благо- чение минерализации кости), уровень накопле- приятной для диффузии кости, в то время как в ния 90Sr за этот срок снизился на 20–30%. Разли- зрелой кости с высокой минеральной плотностью чия между одновозрастными контрольными и радионуклид откладывается преимущественно на опытными, находившимися на овсяной моноди- костных поверхностях [12]. Доля радионуклида ете животными, по этим показателям еще боль- на поверхностях кости, из которых происходит ше: по коэффициенту озоления различия соста- его выведение, у зрелых животных значительно вили 20–25%, по регистрируемой удельной ак- выше, чем у молодых особей с более диффузным тивности – 70–95%. характером отложения. Поэтому даже при равной доле элиминации костного вещества поверхно- У животных 1-го возраста через 1 сут после стей у молодых животных скелетное удержание введения 90Sr (табл. 2) процент удержанного 90Sr выше [12, 15, 16, 54–56]. Радиометрические дан- почти в 2 раза больше, чем у животных этой же ные подтверждают это положение: у опытных жи- группы через 3 нед. (табл. 1): в контрольной груп- вотных с меньшей зольностью костей удельная пе – 54.7 ± 3.6 и 29.2 ± 0.5%, в группе “монодие- активность 90Sr больше, чем у контрольных. та” – 93.7 ± 7.8 и 50.2 ± 0.7% соответственно. Это связано со значительным биологическим выведе- Даже в наблюдениях [30], где у взрослых людей нием радионуклида в начальные сроки после вве- с полностью минерализованной костной тканью, дения. Значительную величину разброса данных проживающих в радиоактивной среде, не обнару- радиометрии через 1 сут после введения можно жена связь между МПК и активностью 90Sr в ко- объяснить небольшим количеством животных в сти, указывается на возрастно-зависимое увели- группах. Однако различия по всем параметрам чение МПК и уровней накопления 90Sr в период между животными групп “контроль”–1.1 и “мо- роста организма, что согласуется с приведенны- нодиета”–1.1 значимы (p < 0.01). ми данными. Соотношение уровня накопления 90Sr у жи- Ранее на крысах линии Вистар нами было вы- вотных групп “контроль”–1 и “монодиета”–1 явлено снижение скорости периостального ко- равно 1.7 как через 1 сут, так и через 3 нед, про- стеобразования на уровне середины диафиза бед- шедшие после введения радионуклида (93.7/54.7 = ренной кости с 8.5 ± 0.5 до 2.3 ± 0.3 мкм/сут в те- = 1.7 и 50.2/29.2 = 1.7 соответственно). У живот- чение первых 4 мес жизни [14]. В связи с этим ных 2-го возраста это соотношение равно = 1.9 представляет интерес изучение обусловленности (39.2/20.1), однако различия с 1-м возрастом не- костного метаболизма интенсивностью аппози- достоверны. Это означает, что различия в депо- ционного роста и костной перестройки в нор- нировании 90Sr между контрольными и опытны- мальных и модифицированных условиях разви- ми животными формируются в 1-е сутки после тия скелета, в том числе после отмены модифи- введения радионуклида, и коэффициент озоле- цирующего воздействия. ния (величину МПК) можно считать фактором Закономерности, выявленные нами в данном депонирования 90Sr. лабораторном эксперименте, нашли свое под- Полученные данные находятся в хорошем со- тверждение при исследовании природных есте- ответствии с физиологией костной ткани. Моло- ственных популяций грызунов [57]. При исследо- дая кость пронизана густой сетью кровеносных вании аккумуляции 90Sr в костной ткани двух сосудов, она содержит больше воды и органиче- видов мышевидных грызунов: мышь полевая ских веществ, чем старая. В то же время отноше- (Apodemus agrarius Pall., 1771) и малая лесная ние количества минералов в старой и вновь обра- мышь (Sylvaemus uralensis Pall., 1811), обитающих в зующейся кости редко превышает 1.5 : 1, что спо- зоне ВУРСа с плотностью загрязнения 90Sr 0.074– собствует повышенной диффузии в молодой 3.7 и 3.7–18.5 МБк/м2 (2–100 и 100–500 Ки/км2 – РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ том 59 №1 2019
МИНЕРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ КОСТНОЙ ТКАНИ 109 периферия и эпицентр соответственно) выявлена активного загрязнения животных, недоступных обратная зависимость удельной активности 90Sr и для непосредственного наблюдения в природной МПК. Корреляционная связь удельной активности среде. 90 Sr и МПК составляет в эпицентре –0.42–(–0.44) 4. Отмечено, что влияние функционального (p ≤ 0.0001); на периферии – –0.21 (p = 0.0024). состояния костной ткани, в частности МПК, на Более низкая обусловленность аккумуляции 90Sr кинетику остеотропных радионуклидов может МПК на периферии ВУРСа связана с тем, что иметь прикладное значение и быть использовано здесь идет более интенсивное, чем по оси следа, в случаях сомнительного диагноза при радиодиа- перемешивание животных с мигрантами из со- гностике патологий скелета и для расчета погло- предельной контрольной зоны [58]. То есть эф- щенной тканевой дозы от радиофармпрепаратов, фект эндогенного фактора – МПК – статистиче- используемых для терапии костных раков и дру- ски значим на фоне существенных флюктуаций гих целей. 90 Sr в среде (мозаичности загрязнения территории). Следует отметить, что слабоминерализован- БЛАГОДАРНОСТИ ная кость присуща ряду системных заболеваний скелета, которые характеризуются уменьшением Работа выполнена в рамках государственного доли костной ткани в объеме костных органов, задания Института экологии растений и жи- накоплением в костях неминерализованного или вотных УрО РАН, а также частично поддержана слабо минерализованного остеоида, усиленной Комплексной программой УрО РАН (проект васкуляризацией пораженных участков, сниже- № 18-4-4-9). нием прочности костей и возрастанием риска их Автор выражает благодарность Н.М. Люба- переломов от минимальной травмы или без тако- шевскому и Е.И. Толстых за обсуждение полу- вой [59, 60]. При этом меняются площадь костных ченных результатов. поверхностей и их “качество” (степень минера- лизации), чем в значительной степени объясня- ется повышенное накопление диагностических СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ радиофармацевтических препаратов [61, 62]. На- 1. Последствия техногенного радиационного воздей- пример, у больных остеомиелитом в острой ста- ствия и проблемы реабилитации Уральского реги- дии их накопление в очаге поражения в 6–10 раз она / Под общ. ред. С.К. Шойгу. М.: Комтехпринт, больше, чем в неповрежденном участке симмет- 2002. 287 с. ричной кости [63], аккумуляция 85Sr в костной 2. Alexakhin R.M., Buldakov L.A., Gubanov V.A. et al. Large ткани у лиц с несовершенным остеогенезом более radiation accidents: Consequences and protective чем в 3 раза выше, чем в норме [64]. Следует отме- countermeasures. M.: IzdAT Publisher, 2004. 556 p. тить, что современные методы денситометрии 3. ICRP. Publication 103. 2007. Recommendations of the для человека позволяют учитывать фактор мине- International Commission on Radiological Protection // ральной плотности в задержке остеотропных ра- ICRP Ann. 2007. V. 37 (2–4). диофармпрепаратов. 4. ICRP. Publication 67. Age-dependent dose to mem- bers of the public from intake of radionuclides. Pt. 2: ВЫВОДЫ Ingestion dose coefficients. Oxford: Pergamon Press, 1993. 167 p. 1. Показано, что длительная несбалансирован- ная диета (овсяная монодиета) способствует бо- 5. Аклеев А.В. Хронический лучевой синдром у жите- лее интенсивному накоплению 90Sr за счет замед- лей прибрежных сел реки Теча. Челябинск: Книга, 2012. 464 с. ления темпа роста тела (скелета) и запаздыванию дифференциации морфологических структур 6. Калистратова В.С., Беляев И.К., Жорова Е.С. и др. скелета. Радиобиология инкорпорированных радионукли- дов / Под ред. В.С. Калистратовой. Изд. 2-е, пере- 2. Выявлена отрицательная корреляция (r = раб. М: ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна = –0.77, p < 0.0001) между накоплением в кости ФМБА России, 2016. 556 с. 90Sr и МПК. 7. Стариченко В.И. Роль морфофизиологических ха- 3. Установлено, что явление аккумуляции 90Sr рактеристик скелета в депонировании 90Sr: срав- в зависимости от МПК, показанное в данной ра- нительное изучение / Актуальные проблемы эко- боте в лабораторных экспериментах, обнаружено логической физиологии, биохимии и генетики у двух видов мышевидных грызунов на террито- животных: Мат. II Междунар. науч. конф. / Мор- рии ВУРСа в условиях хронического поступле- дов. гос. ун-т им. Н.П. Огарева. Саранск: Мордо- ния 90Sr. То есть выявленная закономерность ха- вия–ЭКСПО, 2009. С. 136–138. рактерна и для млекопитающих из радиоактив- 8. Стариченко В.И. Метаболизм остеотропных токси- ной среды. Это подтверждает достоверность ческих веществ: наследственная детерминация // экспериментально изученных механизмов радио- Экол. генетика. 2010. Т. VIII. № 3. С. 27–37. РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ том 59 №1 2019
110 СТАРИЧЕНКО 9. Likhtarev I.A., Dobroskok I.A., Ilyin L.A. et al. A study 25. Калистратова В.С., Заликин Г.А., Нисимов П.Г. и др. of certain characteristics of strontium metabolism in a Биокинетика радионуклидов как функция возрас- homogeneous group of human subjects // Health Phys. та экспериментальных животных // Радиац. био- 1975. V. 28. № 1. P. 49–60. логия. Радиоэкология. 1996. Т. 36. Вып. 3. С. 421– 10. Thomas R.G., Healy J.W., McInroy J.F. Plutonium par- 426. titioning among internal organs // Health Phys. 1984. 26. Vakili A., Jalilian A.R., Moghadam A.K. et al. Evalua- V. 46. № 4. P. 839–844. tion and comparison of human absorbed dose of (90) 11. Любашевский Н.М., Стариченко В.И., Григоркина Е.Б. Y-DOTA-Cetuximab in various age groups based on Материалы к прогнозированию индивидуальной distribution data in rats // J. Med. Phys. 2012. V. 37. дозовой нагрузки при хроническом облучении № 4. P. 226–234. остеотропными радионуклидами // I Всесоюз. ра- 27. Shagina N.B., Tolstykh E.I., Degteva M.O. et al. Age and диобиол. съезд, Москва, 21–27 авг. 1989 г.: Тез. gender specific biokinetic model for strontium in hu- докл. Т. IV. Пущино, 1989. С. 965–967. mans // J. Radiol. Prot. 2015. V. 35. № 1. P. 87–127. 12. Любашевский Н.М. Метаболизм радиоизотопов в 28. Беневоленская Л.И., Насонов Е.Л. Патогенез остео- скелете позвоночных. М.: Наука, 1980. 255 с. пороза: Руководство по остеопорозу / Под ред. Л.И. Беневоленской. М.: БИНОМ. Лаборатория 13. Любашевский Н.М., Попов Б.В., Мокроносов А.А. и др. знаний, 2003. С. 77–104. Биологические основы межвидовых экстраполя- ций параметров скелетного метаболизма / Погра- 29. Оганов В.С. Костная система, невесомость и остео- ничные проблемы экологии: Сб. науч. тр. Сверд- пороз. М.: Слово, 2003. 260 с. ловск: УНЦ АН СССР, 1986. С. 84–102. 30. Толстых Е.И. Половозрастные особенности мине- 14. Стариченко В.И., Любашевский Н.М., Попов Б.В. рализации скелета у жителей радиоактивно загряз- Индивидуальная изменчивость метаболизма ненных территорий Уральского региона: Автореф. остеотропных токсических веществ. Екатерин- дис. … д-ра биол. наук. Челябинск: Челяб. госуд. бург: Наука, 1993. 168 с. пед. ун-т, 2006. 15. Ньюман У., Ньюман М. Минеральный обмен кости. 31. ICRP. Publication 70. Basic anatomical and physiolo- М.: Иностр. лит-ра, 1961. 270 с. gical data for use in radiological protection: the skele- ton. Oxford: Pergamon Press, 1995. 81 p. 16. Энгстрем Э., Бьёрнерстед П., Клемендсон К., Нель- сон Э. Кость и радиоактивный стронций: Пер. с ан- 32. Osteogenesis Imperfecta: A Translational Approach to гл. М.: Медгиз, 1962. 128 с. Brittle Bone Disease / Eds J.R. Shapiro, J. Kassim, P. Sponseller. Academic Press, 2013. 578 p. 17. Публикация МКРЗ 23. Человек: Медико-биологи- 33. Jee W.S.S., Yao W. Overview: animal models of osteo- ческие данные: Докл. рабочей группы Комитета II penia and osteoporosis // J. Musculoskel. Neuron In- МКРЗ по условному человеку. М.: Медицина, teract. 2001. V. 1. № 3. P. 193–207. 1977. 496 с. 34. Sims N.A., Clément-Lacroix P., Minet D. et al. A func- 18. Публикация МКРЗ 89. Основные анатомические и tional androgen receptor is not sufficient to allow estra- физиологические данные для использования в ра- diol to protect bone after gonadectomy in estradiol re- диационной безопасности: Референтные значе- ceptor–deficient mice // J. Clin. Invest. 2003. V. 111. ния. М.: Медкнига, 2007. 318 с. № 9. P. 1319–1327. 19. Ильенко А.И., Крапивко Т.П. Экология животных в 35. Lean J.M., Davies J.T., Fuller K. et al. A crucial role for радиационном биогеоценозе. М.: Наука, 1989. 224 с. thiol antioxidants in estrogen-deficiency bone loss // 20. Метаболизм стронция: сборник статей: Пер. с англ. / J. Clin. Invest. 2003. V. 112. № 6. P. 915–923. Под ред. В.А. Книжникова, А.А. Моисеева. М.: 36. Bigham-Sadegh A., Oryan A. Selection of animal mo- Атомиздат, 1971. 344 с. dels for pre-clinical strategies in evaluating the fracture 21. Osanov D.P., Panova V.P., Arefieva S.S. Evaluation of healing, bone graft substitutes and bone tissue regene- age influence on accumulation and elimination rate of ration and engineering // Connect Tissue Res. 2015. radioactive strontium // Health Phys. 1971. V. 21. № 2. V. 56. № 3. P. 175–194. P. 205–210. 37. Guo Y., Sun N., Duan X. et al. Estrogen Deficiency 22. Age-Related Factors in Radionuclide Metabolism and Leads to Further Bone Loss in the Mandible of CKD Dosimetry // Radiation Protection Programme and Mice [Electronic resource] // PLoS ONE. 2016. V. 11. the Commissariat à l’Energie Atomique, Institut de № 2. URL: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0148804 Protection et de Sûreté Nucléaire, Fontenay-aux-Ros- 38. Петрухин И.В., Петрухин Н.И. Кормление домаш- es, France / Eds G.B. Gerber, H. Métivier, H. Smith. них и декоративных животных: Cправ. кн. М.: Ни- 1987. ва России, 1992. 336 с. 23. Баженов В.А., Булдаков Л.А., Василенко И.Я. и др. 39. Журавлев В.Ф. Токсикология радиоактивных ве- Вредные химические вещества. Радиоактивные ществ. М.: Энергоатомиздат, 1990. 336 с. вещества: Справочное издание. Л.: Химия, 1990. 40. Ильин Б.Н., Борисова В.В., Ветух В.А. Отдаленные 464 с. биологические эффекты комбинированного дей- 24. Шведов В.Л., Аклеев А.В. Радиобиология стронция- ствия радионуклидов различной тропности. М.: 90. Челябинск: УНПЦ РМ, 2001. 298 с. Энергоатомиздат, 1991. 160 с. РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ том 59 №1 2019
МИНЕРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ КОСТНОЙ ТКАНИ 111 41. Smith J.A., van den Broek F.A.R., Cantor Martorell J. on the basis of the Techa river data // Radiat. Environ. et al. Principles and practice in ethical review of animal Biophys. 1997. V. 36. P. 25–29. experiments across Europe: Summary of the report of a 54. Любашевский Н.М., Шарыгин Л.М., Степина В.И. FELASA Working Group on Ethical Evaluation of Нативные поверхности и сорбционная способ- Animal Experiments // Lab. Animals. 2007. V. 41. № 2. ность зрелой и формирующейся костной ткани // P. 143–160. Метаболизм радиоизотопов в животном организ- 42. Caring for animals aiming for better science: Directive ме. Свердловск, 1974. С. 12–18. 2010/63/EU on Protection of Animals used for Scien- tific Purposes / European Commission, 2010. 55. Расин И.М., Пантелеев Л.И., Сарапульцев И.А. и др. Закономерности формирования минеральной ча- 43. Indritz A.N., Hegarty P.V.J. Problems in the choice of a сти скелета у млекопитающих // Журн. общей био- representative bone for mineral analysis: evidence from логии. 1981. Т. 42. № 1. С. 118–121. five bones of rats at two stages of development // J. Anat. 1980. V. 131. № 2. P. 317–320. 56. Cabrera W.E., Schrooten I., De Broe M.E., D’Haese P.C. Strontium and bone // J. Bone Miner. Res. 1999. V. 14. 44. Стариченко В.И., Любашевский Н.М. Индивиду- № 5. P. 661–668. альные особенности аккумуляции 90Sr в организме двух видов серых полевок, обитающих на террито- 57. Стариченко В.И. Аккумуляция 90Sr у грызунов из рии Восточно-Уральского радиоактивного следа // зоны Восточно-Уральского радиоактивного следа: Радиац. биология. Радиоэкология. 1998. Т. 38. влияние минеральной плотности кости // Радиац. Вып. 3. С. 375–383. биология. Радиоэкология. 2018. Т. 58. № 2. С. 205– 213. 45. Котова С.М., Карлова Н.А., Максимцева И.М., Жо- рина О.М. Снижение темпов созревания скелета – 58. Стариченко В.И., Любашевский Н.М., Модоров М.В., неспецифическая реакция костной системы на Чибиряк М.В. 90Sr в скелете как метка миграцион- различные патологические состояния // Гений ор- ной активности мышевидных грызунов в зоне топедии. 2002. № 1. С. 163. Воcточно-Уральского радиоактивного следа // 46. Диетология / Под ред. А.Ю. Барановского. 4-е изд. Экология. 2014. № 3. С. 230–240. СПб.: Питер, 2012. 1024 с. 59. Slemenda C.W., Turner C.H., Peacock M. et al. The ge- 47. Nutrient Requirements of Laboratory Animals: Fourth netics of proximal femur geometry, distribution of bone Revised Edition. Washington D.C.: National Academy mass and bone mineral density // Osteoporos. Int. Press, 1995. 192 p. 1996. V. 6. № 2. P. 178–182. 48. Stover B.J. Metabolism of radioactive isotopes which 60. Rosen C.J., Beamer W.G., Donahue L.R. Defining the deposit mainly in the skeleton // Health Phys. 1959. genetics of osteoporosis: using the mouse to understand V. 1. № 4. P. 373–378. man // Osteoporos. Int. 2001. V. 12. № 10. P. 803–810. 49. Книжников В.А. Кальций и фтор. Радиационно-ги- 61. Касаткин Ю.Н., Поцыбина В.В., Левчук Д.И. гиенические аспекты. М.: Атомиздат, 1975. 199 с. Остеосцинтиграфия при системных поражениях 50. Толстых Е.И., Перемыслова Л.М., Шагина Н.Б. и др. опорно-двигательного аппарата: параметры нор- Особенности накопления и выведения 90Sr у жите- мы, проблемы визуализации и анализа // Радиоло- лей Уральского региона в период 1957–1988 гг. // гия – практика. 2003. № 3. С. 31–37. Радиац. биология. Радиоэкология. 2005. Т. 45. № 4. 62. Love C., Din A.S., Tomas M.B. et al. Radionuclide bone С. 464–473. imaging: an illustrative review // RadioGraphics. 2003. 51. ICRP. Publication 88. Doses to the Embryo and Fetus V. 23. № 2. P. 341–358. from Intakes of Radionuclides by the Mother // ICRP 63. Линденбратен Л.Д., Лясс Ф.М. Медицинская ра- Ann. 2001. V. 31 (1–3). диология. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Медицина, 52. Shagina N.B., Tolstykh E.I., Fell T.P. et al. Strontium 1986. 368 с. biokinetic model for the lactating woman and transfer 64. Лихтарев И.А., Краснощекова Г.П., Доброскок А.И., to breast milk: application to Techa River studies // Синицкий Ю.Ф. Сообщение III. Биофизическая J. Radiol. Prot. 2015. V. 35. P. 677–694. интерпретация особенностей обмена стронция у 53. Tolstykh E.I., Kozheurov V.P., Vyushkova O.V., Degte- лиц с нормальным и нарушенным развитием ске- va M.O. Analysis of strontium metabolism in humans лета // Мед. радиология. 1972. Т. 17. № 1. С. 80–86. Mineral Density of Bone Tissue as a Deposit Factor for 90Sr: Experimental Data V. I. Starichenko# Institute of Plant and Animal Ecology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, Russia # E-mail: starichenko@ipae.uran.ru The study of the kinetics of bone-seeking radionuclides (in particular 90Sr) depending on the functional state of bone tissue is associated with the existing threat of radiation incidents and increasing use of medical radio- РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ том 59 №1 2019
112 СТАРИЧЕНКО nuclide preparations for medical and diagnostic purposes. The bone-seeking radionuclides, accumulating in the skeleton and remaining there for a long time, are sources of chronic internal radiation. The magnitude of their incorporation (resulting in accumulation and elimination processes) depends on a variety of endo- and exogenous factors. The most important endogenous factor is bone mineral density (BMD) – one of its main characteristics. In this paper, we study the dependence of the 90Sr accumulation on BMD after a single ad- ministration of radionuclide. The study was carried out in a laboratory experiment on mature CBA mice of different ages developing under standard vivarium conditions and under the influence of factors that modu- late the growth processes in the body. An inverse correlation (r = –0.77, p < 0.0001) is shown between the accumulation of 90Sr and the degree of mineralization of the skeleton. A comparison is made with the data previously obtained by the authors in the natural environment on two species of murine rodents living in a zone of the Eastern Ural Radioactive Trace under conditions of chronic intake of 90Sr. Keywords: 90Sr, skeleton, modifying factors of development, NEA mice, bone mineral density (BMD) РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ том 59 №1 2019
Вы также можете почитать